潜水搅拌器转轮的三维造型

本课题进行的转轮实体造型的研究是有Pro／ENGINEER软件，通过输入数据来进行三维造型。为以后分析打下基础。     

基于PRO/E的水轮机转轮三维造型

利用Pro／E和AutoCAD的良好接口直接调入已有的混流式转轮二维木模图的叶片截面图形，对于上冠和下环附近叶片延展时的不确定性和容易出现的畸变问题采用了虚拟上冠和确定叶片尖点的方法，进行了转轮的三维造型。造型完成后，可直接利用Pro／E下的分析功能得出叶片真实厚度、重心位置、体积、表面积、转轮开口、转轮质量等相关数据。实现了转轮三维几何设计与流体动力学设计的一体化．为转轮内流动CFD分析、性能预测和CAM奠定了可靠的基础。     

混流式水轮机叶片进出水边外延方法

在混流式水轮机叶片改型中，为了改变转轮的单位转速、单位流量及出口环量，经常需要延长叶片进出水边。根据延长叶片进出水边的基本原理和混流式水轮机的特点，研究出了一种实用的外延方法，该方法对圆头叶片外延同样实用。同时，对改型后的误差进行了分析。岩滩电站的改型试验取得了预期的效果。     

混流式水轮机叶片进出水边外延方

在混流式水轮机叶片改型中，为了改革转轮的单位转速、单位流量及出口环量，经常需要延长叶片进出水边，根据混流式水轮机的特点，研究出一种实用的外延方法，该方法对圆头叶片外延同样实用，经过大量的实际应用，证明该方法简单、实用、有效，获得了一批优秀成果。     

卧轴双转轮混流式水轮机的优化设计

采用CFD计算分析了国外某电站的卧轴双转轮混流式水轮机组效率较低、空化性能较差的原因：主要是流道复杂,水流不畅,导致水力损失较大.由于不允许对流道进行调整,因而只能对转轮部分进行优化研究.转轮优化从3个方面进行：采用不同的叶片翼型、调整转轮上冠线的曲度和左右转轮叶片位置.基于N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,采用SIMPLIC算法,对优化后水轮机的全流道进行了三维定常湍流计算,获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的性能.计算结果表明：采用Ⅲ型叶片转轮、B形上冠线,并且当左右2个转轮叶片位置不同这一方案时,水轮机过流量增大到28.55 m3/s,左转轮效率达92.24%,右转轮效率达91.78%.同时分析了计算转轮上的绝对压力值,得到了分别采用Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ型叶片转轮的空化情况,结果表明：Ⅲ型叶片转轮的空化性能最好.     

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。     

长短叶片混流式水轮机内部流动数值预测

为研究长短叶片混流式水轮机的内部流动特性,基于CFX软件平台,运用N-S方程和SST湍流模型,对HLA542-LJ-130长短叶片水轮机全流道典型小流量工况进行三维湍流计算,得到了水轮机各过流部件内流场的流动信息.计算结果表明,从固定导叶到活动导叶出口,速度矢量随压力降低而均匀增大,而且压力和速度分布在圆周方向的周向性较好,从叶片进水边到出水边,长短叶片压力变化为均匀减小,压力分布比较合理,叶片工作面表面没有明显的回流和二次流,流线分布较为流畅,尾水管进口压力、速度分布基本对称,压力沿径向分布比较均匀,尾水管肘管之前有与转轮旋转方向相同的涡带,涡带在尾水管中发展至尾端,但没有明显的偏心,在扩散段内逐渐减弱.研究结果对高水头水电站的水轮机选择和设计具有重要的指导意义.     

贯流混流式水轮机的设计

介绍了贯流混流式水轮机的基本原理、水力性能、水流运动规律及其过流部件的水力设计理论，并根据这些理论进行了转轮的系列开发及实验研究，完善结构设计，推出了3个水头段8个转轮系列的小型机组，可替代中小型水电站应用最广泛的混流式水轮机。     

基于人工神经网络模型的混流式水轮机转轮多目标优化

【目的】探究一种同时提升混流式水轮机运行效率、空化性能及运行稳定性的优化方法,为混流式水轮机转轮的多目标优化提供技术途径。【方法】以转轮叶片进出口安放角、安装角为优化变量,通过对叶片几何参数随机离散抽样获取样本数据库,基于CFD数值计算获取各样本的性能参数,进而建立同时考虑混流式水轮机转轮效率、出口旋流数以及空化系数的多目标函数;基于人工神经网络建立优化变量与多目标函数的映射关系,最后采用遗传算法对转轮叶片的18个几何参数进行全局寻优,并对优化前后的转轮叶片性能进行对比分析。【结果】在导叶开度为112°且运行水头分别为160、175、180 m的3个工况下,优化后的转轮效率相较优化前分别提高了0.22%、0.56%、0.60%;叶片压力分布情况得到有效改善;转轮无叶区与尾水管锥管段处压力脉动幅值显著降低。【结论】叶片进口安放角的优化程度越大,混流式水轮机综合性能的提升幅度越大。     

搅拌器转轮三维造型的参数化设计

搅拌器转轮的性能好坏关系到污水处理的效果,目前设计主要是依靠二维平面的CAD设计.为了能够更直观地表达出所设计转轮实际的形状,便于生产加工,利用Pro/ENGINEER软件的二次开发功能,基于参数化的设计,通过编制程序,实现了转轮的三维自动造型,为以后的批量设计生产打下一定的基础.     

基于UG的混流式水轮机转轮叶片实体建模方法研究

对混流式水轮机转轮叶片进行了实体建模方法的研究.基于UG NX 4.0强大的实体化曲面处理能力,从叶片木模图提供的数据出发,采用NURBS方法建立了叶片型面的空间样条曲线模型,由此来构建叶片空间型面.同时提出了混流式水轮机转轮叶片自由曲面延展的新解决办法,并在此基础上建立了完整的叶片实体模型.叶片表面光滑性检查结果验证了该实体建模方法的可行性;完整实体模型的建立为后续叶片的分析及数控加工奠定了基础.     

导叶开度对混流式水轮机转轮叶片表面空化性能的影响

由于在一些中小型水电站中,其水轮发电机组的转轮叶片表面常常会发生空化现象,较大程度地影响了机组的安全可靠运行。从某水电站的转轮叶片空化问题出发,首先对该混流式水轮机进行三维建模,然后进行全流道数值模拟,分别对不同导叶开度下转轮叶片表面压力、空泡体积分布规律进行分析。研究发现:随着水头的增加,吸力面低压区面积进一步扩大。特别是40%开度时叶片吸力面低压区面积增大最多,且随着水头的继续增加,低压区有向叶片中部移动的趋势;同时在40%开度下叶片表面空化受水头影响较大,而在100%开度下叶片表面空化受水头影响并不大,但随着导叶开度的增大,叶片表面越容易发生空化,特别是叶片吸力面出水边靠近下环处空化更明显。研究结果可为该水轮发电机组的安全稳定运行提供理论参考依据。     

混流式水轮机转轮优化设计的空化流计

采用求解时均NS方程,结合气液质量输运方程的两相流方法,在水轮机优化设计中进行转轮的空化流场分析.结果显示:在高水头下适当增加叶片包角,延长出水边,数值计算效率为94.7%,明显高于改型前的93.4%;叶片压力分布更为均匀,最优工况点的临界空化系数也低于改型前的0.03, 空穴区域减小,转轮的空化性能得到改善.计算结果与实验结果相符,为转轮的再优化设计提供了参考依据.     

混流式转轮与导叶相互干涉的非定常数值模拟

针对HL240型混流式水轮机转轮在设计工况下的三维非定常流动现象,应用滑移网格方法考察动静干涉效应.采用Fluent计算软件.以N-S方程为控制方程,采用标准k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对活动导叶、转轮及尾水管整体流场进行了数值模拟,计算结果与实际情况吻合较好.通过非定常计算,解释了转轮叶片上的压力脉动.流道内压力的周期性变化及尾水管中的旋流现象.     

车用液力减速器叶片数三维集成优化

为了对车用液力减速器叶片数目进行参数优化,建立了液力减速器叶栅参数三维集成优化仿真平台。以叶片数为设计变量,三维CFD计算作为求解器进行DOE试验设计,并根据试验样本结果构建RSM模型进行优化,得到液力减速器动、定轮最优叶片数。就叶片数对液力减速器内流场特性、制动外特性的影响进行了分析,并结合试验数据对优化前、后缓速制动性能进行了对比。结果表明,优化仿真平台精度较高,结果可信。优化后的液力减速器缓速制动性能显著提高。     

车用液力减速器叶片数三维集成优化

为了对车用液力减速器叶片数目进行参数优化,建立了液力减速器叶栅参数三维集成优化仿真平台。以叶片数为设计变量,三维CFD计算作为求解器进行DOE试验设计,并根据试验样本结果构建RSM模型进行优化,得到液力减速器动、定轮最优叶片数。就叶片数对液力减速器内流场特性、制动外特性的影响进行了分析,并结合试验数据对优化前、后缓速制动性能进行了对比。结果表明,优化仿真平台精度较高,结果可信。优化后的液力减速器缓速制动性能显著提高。     

不同形式泄水锥对水轮机压力脉动的影响分析

采用Realizable k-ε模型对模型混流式水轮机全流道非定常湍流进行模拟.针对两种导叶开度,分析了原型泄水锥、加长型泄水锥和圆头型泄水锥对水轮机压力脉动的影响,分析结果表明:加长型泄水锥和圆头型泄水锥均可达到降低尾水涡带振动能量的目的,不同形式泄水锥的减振效果与水轮机的运行工况有关;改型泄水锥使泄水锥下方的最低压力值显著升高,涡带长度缩短,提高了水轮机的空化性能和运行稳定性能;圆头型泄水锥在提高水轮机空化性能方面优势更明显;改型泄水锥较原型泄水锥占据了更多的过流空间,但对水轮机的流量影响不明显.